JP2003136193A - シリンダブロック鋳造用ボアピン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳造圧力による変形や破損がなく、ボアピ
ンの周方向全体で均一かつ十分な冷却が可能であり、ボ
ア部に鋳巣のないシリンダブロックの鋳造が可能で、か
つ製造加工が容易なシリンダブロック鋳造用ボアピンの
提供。 【解決手段】 シリンダボア形成部となる先端側に穴部
１２が形成された外側ボアピン１０と、穴部１２に固定
された内側ボアピン２０と、両ボアピン内に設けられた
内管３１及び外管３２からなる冷却液配管３０とを備え
る。穴部１２の内周面には複数の環状溝１３、１４、１
５、１６が形成され、内側ボアピン２０の外周面には隣
り合った環状溝を互いに連通するための連絡溝２５、２
６，２７が形成される。内管３１からの冷却液は内側ボ
アピン２０に送られ、環状溝と連絡溝を経て先端側の溶
湯を冷却し、内管と外管の間の空間に戻される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシリンダブロック鋳造用
ボアピンに関し、特に、シリンダライナーが存在せず、
溶湯材料がそのままシリンダボアとなるライナーレスシ
リンダブロック鋳造用ボアピンの冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリンダブロック鋳造用ボアピンは、基
端側が金型に固定され、先端側が金型キャビティ内に突
出してその周囲に溶湯が鋳ぐるまれてシリンダボアを形
成する。そしてボアピンの熱膨張を防ぐ目的やボアピン
周囲の溶湯金属を冷却する目的から、ボアピンの内部に
は冷却液が供給される。

【０００３】特開平６−７１４０５号公報記載のボアピ
ンの冷却構造によれば、基端側が金型に固定されたボア
ピン本体と、ボアピン本体の基端側から延びボアピン本
体に同軸的に配置された冷却液配管を備える。冷却液配
管は、注入用配管と排出用配管からなり、ボアピン本体
の軸方向の途中まで延びている。そしてボアピン本体の
先端側には、冷却液配管に連通してそれと一直線上に延
びる冷却室が形成されている。ボアピン本体の基端側で
冷却液を注入用配管から冷却室に導入すると、ボアピン
の先端側で冷却が行われる。この冷却液は排出用配管を
通過してボアピンの基端側から排出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ボアピンの周囲に鋳ぐ
るまれた溶湯への冷却を高めるためには、冷却室の直径
を大きくして、冷却室周囲のボアピンの肉厚を薄くする
必要がある。しかし冷却室は、ボアピンの先端側即ち穴
の最も深い位置にあるので、その加工が困難であり、特
に冷却室の直径を大きく加工するのは極めて困難であ
る。結果的には冷却室の内径を大きくできないので、溶
湯に対する十分な冷却が実行できない。特に、ライナー
レスのシリンダブロックを鋳造する場合には、溶湯の素
材がそのままシリンダボアとなるため、より一層の冷却
が必要となるが、冷却が不十分であると、溶湯金属の抱
きつきや焼き付きが生じ、またボア面に鋳巣が発生す
る。

【０００５】また、単に冷却室の内径を大きくしただけ
でも、次のような問題が発生する。即ち、冷却室の内径
が大きすぎると、その周囲のボアピンの肉厚が薄くな
る。ボアピンの周囲に別体のシリンダライナーを嵌合し
その周囲に溶湯を鋳ぐるむ鋳造であれば、シリンダライ
ナが溶湯圧を受けるので、肉厚の薄さは極端な問題には
ならないが、ライナーレスのシリンダブロックを鋳造す
る場合には、溶湯圧が直接ボアピンの薄肉部に作用する
ので、ボアピンの変形や破損の問題が生じる。

【０００６】また冷却室を大きくすることにより、冷却
室の下部に冷却液が溜まる一方、冷却室の上部には空気
が残留し、均一且つ十分な冷却ができなくなる。例え
ば、横型鋳造の場合には、シリンダボアの軸線が水平方
向に延びているが、シリンダボアの下側のみが冷却液で
冷却されるが、上側には冷却液が面することなく空気の
みが残留し、ボアの周方向全体で均一な冷却ができな
い。

【０００７】更に、冷却室を大きくすれば、冷却室自体
の流路断面積が大きくなるので、冷却液の流速が低下
し、瞬時の冷却が困難となる。

【０００８】そこで本発明は、鋳造圧力による変形や破
損がなく、ボアピンの周方向全体で均一かつ十分な冷却
が可能であり、ボア部に鋳巣のないシリンダブロックの
鋳造が可能で、かつ製造加工が容易なシリンダブロック
鋳造用ボアピンを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ボアピン本体とボアピン本体に配置され
その軸方向に延びる冷却液配管を備え、該ボアピン本体
の先端側の外周面でシリンダボアを形成し、該ボアピン
本体の基端側で冷却液を冷却液配管内に導入しまた冷却
液配管から排出して該先端側で冷却を行うシリンダブロ
ック鋳造用ボアピンにおいて、該ボアピン本体１、１０
１、２０１は、冷却液配管３０、１３０、２３０が挿通
されると共に該冷却液配管よりも直径が大きく先端側端
面に開口する穴部１２、１１２、２１２ａ、２１２ｂが
形成された外側ボアピン１０、１１０、２１０と、該穴
部内に固定配置され該冷却液配管の先端側と連通する内
側ボアピン２０、１２０、２２０とを有し、該内側ボア
ピンの外周面及び又は該外側ボアピンの内周面に該冷却
液配管に連通した冷却溝１３、１１３、２１３、１４、
１１４、２１４、１５、１１５、２１５、１６、１１
６、２１６、２５、１２５、２６、１２６、２７、１２
７が形成されているシリンダブロック鋳造用ボアピンを
提供している。

【００１０】ここで該冷却溝は、ボアピン本体の軸方向
に互いに離間して配列された複数の環状溝１３、１１
３、２１３、１４、１１４、２１４、１５、１１５、２
１５、１６、１１６、２１６と、隣り合う環状溝どうし
を互いに連通するための軸方向溝２５、１２５、２６、
１２６、２７、１２７とにより形成されるのが好まし
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態による
シリンダブロック鋳造用ボアピン１について図１に基づ
き説明する。ボアピン１は外側ボアピン１０と内側ボア
ピン２０からなるボアピン本体と、ボアピン本体内を延
びる冷却液配管３０とを備える。

【００１２】外側ボアピン１０は長尺な略円柱形状をな
し、その基端側が金型ダイス２に固定され、その先端側
は金型キャビティ内に突出して配置される。金型キャビ
ティに突出した先端側の外周面および端面がアルミニウ
ム合金などの溶湯金属Ｍに直接接触してシリンダボアが
画成される。そして先端側はわずかに先細りの抜け勾配
形状をなしている。外側ボアピン１０と同軸的に断面円
形の冷却液配管用長穴１１が形成されている。冷却液配
管３０は、冷却液注入のための内管３１と、内管３１と
同心配置された外管３２とによる二重管構造であり、内
管３１の内周面と外管３２の内周面との間の円筒空間が
冷却液排出路３３となる。

【００１３】冷却液配管用長穴１１は、外側ボアピン２
０の基端面に開口して、冷却液の供給排出が行われる。
この長穴１１の内径は冷却液配管３０の外管３２が挿通
できる程度のサイズであり、外側ボアピン１０の外径と
比較して極めて小さいので、基端面側からのドリル加工
などで容易に形成できる。なお、外管３２の外周面には
長穴１１の内周面との間での冷却液をシールするための
Ｏリング３４を装着するための環状溝が形成されてい
る。

【００１４】外側ボアピン１０の先端側には、断面が円
形であり、キャビティに突出した長さと略等しい長さ
（シリンダボアの軸線長さと略等しい長さ）の穴部１２
が形成されている。穴部１２は外側穴部の先端面に開口
して形成されその内径は、冷却液配管用長穴１１に比較
して大きく形成されている。換言すれば、穴部１２が形
成されている部分の外側ボアピン１０の肉厚は、長穴１
１が形成されている部分の外側ボアピン１０の肉厚より
も小さく、薄肉部１０Ａとなっている。この穴部１２は
長穴１１の直径より大きいが、その軸方向長さが長穴１
１よりも小さいので、外側ボアピン１０の先端面側から
容易に加工できる。そして穴部１２の内周面には冷却溝
となる複数の第１乃至第４環状溝１３、１４、１５、１
６が軸方向に互いに離間して形成されている。これら環
状溝は、内径の大きな穴部１２に形成されているので、
内周面旋盤加工により容易に形成できる。

【００１５】内側ボアピン２０は、穴部１２に対応する
形状をなし、溶接Ｗ等により穴部１２内に固定される。
内側ボアピン２０と同心的に第１孔部２１と第１孔部２
１に続く第２孔部２２が形成されている。第１孔部２１
は、内側ボアピン２０において基端側に位置しており長
穴１１と略同径で長穴１１に接続される。また第２孔部
２２は、内管３１の外径と略同一であり、内側ボアピン
２０において先端側に位置している。そして内管３１が
第１孔部２１と第２孔部２２内に延びて挿通されてい
る。また第２孔部２２と外側ボアピン１０の最も先端側
に位置する第１環状溝１３とを連通する注入孔２３が、
内側ボアピン２０の半径方向に延びて形成され、第１孔
部２１と外側ボアピン１０の最も基端側に位置する第４
環状溝１６とを連通する排出孔２４が、内側ボアピン２
０の半径方向に延びて形成されている。更に内側ボアピ
ン２０の外周面には、第１環状溝１３と第２環状溝１４
とを連通する第１連絡溝２５、第２環状溝１４と第３環
状溝１５とを連通する第２連絡溝２６、第３環状溝１５
と第４環状溝１６とを連通する第３連絡溝２７が内側ボ
アピン２０の軸方向に延びて形成されている。これら連
結溝２５、２６、２７も冷却溝の一部を構成する。隣接
する連絡溝２５、２６、２７は互いに１８０度ずれて配
置される。

【００１６】以上の構成において、外側ボアピン１０の
基端側から内管３１を介して内側ボアピン２０内に冷却
液が導入される。第２孔部２２内の冷却液は注入孔２３
を介して第１環状溝１３方向に供給される。注入孔２３
から第１環状溝１３の底部に当たった冷却液は、互いに
反対方向に分岐して第１環状溝１３内を半周し、第１連
絡溝２５に至り、ついで、第２環状溝１４、第２連絡溝
２６，第３環状溝１５、第３連絡溝２７，第４環状溝１
６を通過して排出孔２４に至る。そして排出孔２４に導
出された冷却液は、第１孔部２１を介して、内管３１と
外管３２の間の冷却液排出路３３内に流入し、外側ボア
ピン１０の基端面から排出される。型開き後に、シリン
ダボアの内周面を研削加工するとともに、溶射又はメッ
キなどの表面処理が行われる。

【００１７】第１乃至第４環状溝１３〜１６は、外管３
２と比較しても外側ボアピン１０の先端側の外周面付近
に接近して位置しており、且つ複数の環状溝を列状に配
置した構成であるので、外側ボアピンの周囲の溶湯金属
Ｍを効率的にかつ均一に冷却することができ、特にライ
ナーレスのシリンダブロックの場合には、シリンダボア
の鋳巣の発生を大きく抑制できる。また大きな空間の冷
却室ではなく、溝状の冷却通路であるので、冷却液の流
速を高く維持することができる。更に鋳造時に高圧の溶
湯が外側ボアピンの先端側外周面に作用するが、穴部１
２の内部には内側ボアピン２０が嵌挿されているので、
ライナーレスのシリンダブロックの鋳造に際しても、内
側ボアピン２０が外側ボアピンの薄肉部１０Ａの変形防
止部材として作用することができ、薄肉部１０Ａの変形
や破損を防止できる。

【００１８】加えて、ボアピンの製造に際しても、外側
ボアピンの先端面側に、内側ボアピンを配置する２ピー
ス構成であるので、それぞれの機械加工が簡単に行え、
外側ボアピンの基端側に長穴１１を形成し、先端面側か
ら穴部１２を形成して穴部１２に別加工した内側ボアピ
ン２０を固定するだけであり、従来のように、長尺なボ
アピンの最深部に冷却室を加工するという手間が不要と
なる。

【００１９】本発明の第２の実施の形態によるシリンダ
ブロック鋳造用ボアピン１０１について図２、図３に基
づき説明する。第１の実施の形態では、冷却溝の大部分
をなす環状溝１３〜１６を外側ボアピン１０に形成し、
連絡溝２５〜２７を内側ボアピン２０に形成したが、第
２の実施の形態では、冷却溝をすべて内側ボアピン側に
形成している点で第１の実施例と相違する。また第１の
実施の形態と対応する構成には、図１の参照番号に１０
０を加えた番号とし説明を省略する。

【００２０】第２の実施の形態では、第１乃至第４環状
１１３〜１１６はすべて内側ボアピン１２０の外周面に
形成されている。そして、図３に示されるように、それ
ぞれの環状溝内には、第１仕切板１１３Ａ乃至第４仕切
板１１６Ａがそれぞれの環状溝を分断するように内側ボ
アピン１２０の軸方向の同一直線上にかつ、注入孔１２
３や排出孔２４に隣接した位置に設けられている。これ
ら仕切板１１３Ａ〜１１６Ａは、環状溝を穿設加工する
ときに一部を加工しないことによって得られ、又は別体
の板を嵌合固定してもよい。そして隣り合う環状溝を互
いに連通するために、内側ボアピン１２０の外周面には
軸方向に延びかつ仕切板に隣接した位置に第１乃至第３
連絡溝１２５，１２６，１２７が形成されている。隣接
する連絡溝は、仕切板に関して互いに反対側に形成され
る。例えば図３において、第２仕切板１１４Ａに関し、
第１連絡溝１２５は上側に、第２連絡溝１２６は下側に
配置されている。

【００２１】以上の構成において、注入孔１２３から第
１環状溝１１３内に導入された冷却液は、注入孔１２３
の近傍に仕切板１１３Ａが存在するために、図３におい
ては上側には流れずにすべて下側に流れる。そして冷却
液は環状溝内をほぼ一周して図３における仕切板１１３
Ａの上側に至る。仕切板１１３Ａの近傍には第１連絡溝
１２５が位置しているので、冷却液は次に第２連絡溝１
２５を通過して第２環状溝１１４内に導入される。そし
て同様にして第２連絡溝１２６、第３環状溝１１５、第
３連絡溝１２７、第４環状溝１１６の順に冷却液が流
れ、排出孔１２４に至り、第１の実施の形態と同様にし
て外側ボアピン１１０の基端部側から排出される。

【００２２】第２の実施の形態においても、第１の実施
の形態と同様な効果が得られるのみならず、冷却溝はす
べて内側ボアピン１２０の外周面側に形成されているの
で、内側ボアピン１２０の外周加工のみで形成でき、加
工がより簡単になる。

【００２３】本発明の第３の実施の形態によるシリンダ
ブロック鋳造用ボアピンについて図４に基づき説明す
る。なお第２の実施の形態と対応する構成には、図２、
図３の参照番号に１００を加えた番号とし、説明を省略
する。第３の実施の形態では、冷却溝２１３乃至２１６
や連絡溝（図示せず）がすべて内側ボアピン２２０の外
周面側に形成されている点で第２の実施の形態と同様で
あるが、外側ボアピン２１０の穴部が同一内径ではな
く、先端面側大径穴部２１２ａと基端側小径穴部２１２
ｂによる段付き形状をなす。そして内側ボアピン２２０
も、対応する大径部２２０Ａと小径部２２０Ｂからな
る。そして、第１乃至第３環状溝２１３〜２１５は、大
径部２２０Ａの外周面に形成されるが、最も基端側にあ
る第４環状溝２１６は、小径部２２０Ｂの外周面に形成
される。なお、図示せぬ第１、第２連絡溝は、第２の実
施の形態と同様に形成されるが、第３環状溝２１５と第
４環状溝２１６とを連通させる図示せぬ第３連絡溝は、
内側ボアピン２２０の外周面上を傾斜して形成される。

【００２４】かかる構成によれば、第４環状溝２１６
は、第１乃至第３環状溝２１３〜２１５に比較して外側
ボアピン２１０の薄肉部２１０Ａ外周面からより離間し
た位置にあり、薄肉部２１０Ａを取り囲む溶湯金属の冷
却能力を弱めることができる。これは鋳造条件によって
は、先端部側の溶湯金属は確実に冷却するが、基端部側
の溶湯金属の過冷却を防止する必要がある場合があるか
らであり、基端部側の溶湯金属が冷えすぎると水分が残
り、その蒸発成分によって鋳巣ができる弊害が生じる場
合があるからである。

【００２５】本発明によるシリンダブロック鋳造用ボア
ピンは上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範
囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例
えば、第３の実施の形態において、外側ボアピンの薄肉
部の基端側の冷却効果を先端側の冷却効果よりも低下さ
せるために、内側ボアピンの基端側にある複数の環状溝
のピッチを先端側のピッチよりも大きくするか、基端側
にある環状溝の溝幅又は溝の深さを、先端側にある環状
溝の溝幅又は溝の深さと異ならせてもよい。また本発明
は、ライナーレスのシリンダブロックの鋳造のみなら
ず、ライナーをボアピンに嵌挿しライナーを溶湯で鋳ぐ
るむ鋳造を行う場合にも当然に適用できる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１記載のシリンダブロック鋳造用
ボアピンによれば、ボアピン本体は、冷却液配管が挿通
されると共に冷却液配管よりも直径が大きく先端側端面
に開口する穴部が形成された外側ボアピンと、穴部内に
固定配置され冷却液配管の先端側と連通する内側ボアピ
ンとを有し、内側ボアピンの外周面及び又は外側ボアピ
ンの内周面に該冷却液配管に連通した冷却溝が形成され
ているので、冷却液の経路を外側ボアピンの外周面に近
い位置とすることができ、溶湯金属を効率的に冷却する
ことができ、特にライナーレスのシリンダブロックの場
合には、シリンダボアの鋳巣の発生を大きく抑制でき
る。また大きな空間の冷却室ではなく、溝状の冷却通路
であるので、冷却液の流速を高く維持することができ
る。更に鋳造時に高圧の溶湯が外側ボアピンの先端側外
周面に作用するが、穴部の内部には内側ボアピンが嵌挿
されているので、ライナーレスのシリンダブロックの鋳
造に際しても、内側ボアピンによって外側ボアピンの変
形や破損を防止できる。

【００２７】加えて、ボアピンの製造に際して、外側ボ
アピンの先端面側に、内側ボアピンを配置する２ピース
構成であるので、それぞれの機械加工が簡単に行え、外
側ボアピンには冷却配管用の長穴を形成し、先端面側か
ら穴部を形成して穴部に別加工した内側ボアピンを固定
するだけであり、従来のように長尺なボアピンの最深部
に冷却室を形成するという困難な加工が不要となる。

【００２８】請求項２記載のシリンダブロック鋳造用ボ
アピンによれば、冷却溝は、ボアピン本体の軸方向に互
いに離間して配列された複数の環状溝と、隣り合う環状
溝どうしを互いに連通するための軸方向溝とにより形成
されているので、環状溝を局部的に集中配列すれば、特
に冷却の必要な部分を重点的に冷却できる。また環状溝
は複数形成されているので、溝の本数やピッチを変えた
り、特定の溝について半径方向の位置を変えたり、溝の
幅や深さを変えることにより、被冷却部材に対応した冷
却の調節が容易となる。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるシリンダブロ
ック鋳造用ボアピンを示す断面図。

【図２】本発明の第２の実施の形態によるシリンダブロ
ック鋳造用ボアピンを示す要部断面図。

【図３】図２の矢印ＩＩＩ方向から視た内側ボアピンの
平面図。

【図４】本発明の第３の実施の形態によるシリンダブロ
ック鋳造用ボアピンを示す要部断面図。

【符号の説明】

１、１０１，２０１ ボアピン １０、１１０、２１０ 外側ボアピン ２０、１２０、２２０ 内側ボアピン ３０、１３０、２３０ 冷却液配管 １２、１１２、２１２ａ、２１２ｂ 穴部 １３、１１３、２１３ 第１環状溝 １４、１１４、２１４ 第２環状溝 １５、１１５、２１５ 第３環状溝 １６、１１６、２１６ 第４環状溝 ２５、１２５ 第１連絡溝 ２６、１２６ 第２連絡溝 ２７、１２７ 第３連絡溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 英司 広島県府中市目崎町762番地 リョービ株 式会社内 Ｆターム(参考） 4E093 NA01 NB05 UA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボアピン本体とボアピン本体に配置され
   その軸方向に延びる冷却液配管を備え、該ボアピン本体
   の先端側の外周面でシリンダボアを形成し、該ボアピン
   本体の基端側で冷却液を冷却液配管内に導入しまた冷却
   液配管から排出して該先端側で冷却を行うシリンダブロ
   ック鋳造用ボアピンにおいて、 該ボアピン本体は、冷却液配管が挿通されると共に該冷
   却液配管よりも直径が大きく先端側端面に開口する穴部
   が形成された外側ボアピンと、 該穴部内に固定配置され該冷却液配管の先端側と連通す
   る内側ボアピンとを有し、 該内側ボアピンの外周面及び又は該外側ボアピンの内周
   面に該冷却液配管に連通した冷却溝が形成されているこ
   とを特徴とするシリンダブロック鋳造用ボアピン。
2. 【請求項２】 該冷却溝は、ボアピン本体の軸方向に互
   いに離間して配列された複数の環状溝と、隣り合う環状
   溝どうしを互いに連通するための軸方向溝とにより形成
   されていることを特徴とする請求項１記載のシリンダブ
   ロック鋳造用ボアピン。